DB52T 1104-2016 半導(dǎo)體器件結(jié)-殼熱阻瞬態(tài)測試方法

DB52DB52/T1104—2016半導(dǎo)體器件結(jié)-殼熱阻瞬態(tài)測試方法Junction-to-casethermalresistancetransienttestmethodofsemiconductordevices（JESD51-142010，TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowTroughaSinglePath，MOD）2016-04-01發(fā)布2016-10-01實(shí)施貴州省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I 1 1 1 1 1 6 7本標(biāo)準(zhǔn)使用重新起草法修改采用JESD51-142010《測量具有單一熱流路徑的半導(dǎo)體器——將JESD51-142010第4.2部分定義的無/有導(dǎo)熱硅脂或熱油兩種測試狀態(tài)——刪除了JESD51-142011GB/T14862半導(dǎo)體集成電路封裝結(jié)到時(shí)間的變化曲線計(jì)算出瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線；通過給被測器件的管殼施加兩種不同的散熱方式，作出兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線，將兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線繪制在同一坐標(biāo)系中，兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)25.2測試電原理圖測試電原理見圖1。加熱電流班被測器件采樣保持電路加熱電壓VH溫度敏感參數(shù)TSP采樣保持電路采樣控制脈沖圖1測試電原理圖5.3測試步驟5.3.1測試被測器件的熱敏系數(shù)(K-系數(shù))被測器件的熱敏系數(shù)K按照GB/T14862中4.4.4所述方法測量。5.3.2測試溫度敏感參數(shù)(TSP)曲線先接通圖1中開關(guān)K1-1、K1-2,給被測器件(芯片)接通恒定加熱電流lH,加熱器件，使其達(dá)到熱平衡(直到結(jié)溫保持恒定);達(dá)到熱平衡后，記錄好最終加熱電壓VH及加熱電流IH。斷開K1-1、K1-2開關(guān)，切斷加熱電流Im,接通K2-1、K2-2開關(guān)，給被測器件(芯片)接通恒定測試電流I,測試、保存被測器件的溫度敏感參數(shù)，采樣速率應(yīng)為每十倍時(shí)間至少取樣50次，直至達(dá)到冷態(tài)平衡，測試時(shí)序見圖2。Vtt圖2測試時(shí)序圖3根據(jù)被測器件的熱敏系數(shù)(K-系數(shù))和溫度敏感參數(shù)值計(jì)算出結(jié)溫T(t),結(jié)溫的計(jì)算方法按照GB/T14862中4.4.4,并繪制出結(jié)溫曲線。圖3所示為采用冷卻法得到的結(jié)溫曲線。圖3冷卻法結(jié)溫曲線的半對數(shù)坐標(biāo)圖5.3.4偏差校正由于在切斷加熱電流的瞬間存在干擾，導(dǎo)致從t?到t?之間采集的溫度敏感參數(shù)是無效的，必須丟棄但這段時(shí)間內(nèi)的結(jié)溫變化△T(tat)又不能忽略。根據(jù)在短時(shí)間內(nèi)，結(jié)溫變化△T?(t)與時(shí)間的平方根√f之間存在近似線性關(guān)系，可通過曲線擬合方式得到t?到t?之間丟棄的結(jié)溫曲線。切斷加熱電流瞬間的初始結(jié)溫To的確定圖見圖4。4圖4確定初始結(jié)溫TJo如果被測器件的芯片提供獨(dú)立的加熱和測試結(jié)構(gòu)，還可記錄加熱曲線(恒定加熱功率),而不是冷卻曲線。但是，必須注意在加熱時(shí)間內(nèi)，保持功率損耗恒定。可進(jìn)行類似的偏差校正，但必須采用公式當(dāng)t>tcut(2)5.4瞬態(tài)雙界面測量5.4.1低導(dǎo)熱條件下的Zthy-c)曲線將被測器件與散熱器接觸面上的粘附材料仔細(xì)清理干凈，被測器件直接安裝在散熱器上，切勿使用任何熱界面材料，見圖5(a)。按5.3所述方法進(jìn)行Zho-c測量，繪制出的Zh(J-o曲線被稱為ZthO-010在被測器件與散熱器的接觸面上涂上一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂或熱油，見圖5(b)。按5.3所述方法進(jìn)5導(dǎo)熱硅脂或熱油圖5瞬態(tài)雙界面測量安裝示意圖(b)——高導(dǎo)熱條件安裝示意圖(1)—低導(dǎo)熱環(huán)境時(shí)瞬態(tài)熱阻抗曲線 104被測器件安裝散熱條件的不同，導(dǎo)致Zho-c曲線(圖6)在時(shí)間點(diǎn)ts時(shí)明確分離。由于兩條Zho-o曲線在熱流進(jìn)入熱界面層時(shí)開始分離，此處Ztno-o(ts)接近穩(wěn)態(tài)熱阻RmO-0。對Zho-c)曲線的分離點(diǎn)情況進(jìn)行離點(diǎn)，這一差異應(yīng)明顯大于Zha-o曲線測量點(diǎn)的離散值。6出于完整性，與測量的結(jié)殼熱阻Rth(J-C)一起，應(yīng)當(dāng)報(bào)告有關(guān)所有試驗(yàn)條件和確定數(shù)值的數(shù)據(jù)評估方法的信息；有關(guān)與熱數(shù)據(jù)一起提供的信息，參見表1。如冷卻/加熱曲線PH值，lM，Zth(J-C)1,7(規(guī)范性附錄)A.1分離點(diǎn)的定義嚴(yán)格來說Zth(-c曲線并沒有明確分離點(diǎn)，但是曲線之間的差值會在某段時(shí)間范圍內(nèi)加大(圖A.1)。因此有必要對這個(gè)時(shí)間ts進(jìn)行更精確的定義。a(z)=Za-o(t=exp(z))forz=1n(t)...80.000010.00019......................定義Zto-01和Zth(-02曲線的分離點(diǎn)為8曲線與某個(gè)限值e相交時(shí)的最大時(shí)間值ts。結(jié)-殼熱阻R根據(jù)以上定義，RthO-o值即為限值e函數(shù)。為了與傳統(tǒng)的結(jié)殼熱阻定義保持一致，限值e必須進(jìn)行選擇，以便得出的Rmo-c)與穩(wěn)態(tài)熱阻盡量靠近。因半導(dǎo)體器件的實(shí)際穩(wěn)態(tài)RthO-0不可提前得知(也不可通過其它方法進(jìn)行精確測量),因此需依靠有限元模擬來進(jìn)行正確的e計(jì)算。有限元模擬顯示出ε的數(shù)值取決于芯片尺寸和引線框幾何形狀?？傮w趨勢來說，Rta-c)較小的半導(dǎo)體器件的e值較小，Rth(-o值較高的e數(shù)值較大。o圖A.4Rth(-c)為δ和ε曲線交叉點(diǎn)的橫坐標(biāo)根據(jù)對不同芯片的尺寸和引線框幾何形狀的有限元仿真，可用以下走勢線計(jì)算得出e:結(jié)殼熱阻值RhO-0是δ曲線和e曲線交叉點(diǎn)的橫向坐標(biāo)，參見圖A.4。為了避免最后結(jié)果受到8曲線隨意波動的影響，將用適當(dāng)?shù)臄M合函數(shù)進(jìn)行替代，比如指數(shù)擬合曲線。A.3評估步驟第1步：將測量點(diǎn)的時(shí)間數(shù)值{t?,...,ta}(以秒為單位)轉(zhuǎn)化為對數(shù)時(shí)間值{z?=ln(t?)}。對數(shù)時(shí)間標(biāo)度最小值(最大值)為zmin(Zmax)。4 -11.51-6.51可根據(jù)通過z四周測量點(diǎn)的最佳擬合直線的斜率△a/△z,計(jì)算曲線值。時(shí)間t[s]段線性內(nèi)插計(jì)算該值。第3步：計(jì)算歸一化差值δ=(da1/dz-da2/dz)/?θ,然后按Zth(J-C第4步：使指數(shù)函數(shù)δ(Zth(J-C))